Не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одной формы в другую, причем убыль энергии одного вида дает эквивалентное количество энергии другого вида.
Пусть некоторому рабочему телу с объемом V и массой М, имеющему температуру Т и давление р, сообщается извне бесконечно малое количество теплоты dQ. В результате подвода теплоты тело нагревается на dT и увеличива-ется в объеме на dV.
Повышение температуры тела свидетельствует об увеличении кинетиче-ской энергии его частиц. Увеличение объема тела приводит к изменению по-тенциальной энергии частиц. В результате внутренняя энергия тела увеличива-ется на dU. Поскольку рабочее тело окружено средой, которая оказывает на не-го давление, то при расширении оно производит механическую работу dL про-тив сил внешнего давления. Так как никаких других изменений в системе не происходит, то по закону сохранения энергии
dQ = dU + dL, (2.12)
т.е. теплота, сообщаемая системе, идет на приращение ее внутренней энергии и на совершение внешней работы.
Полученное уравнение является математическим выражением первого закона термодинамики. Каждый из трех членов этого соотношения может быть положительным, отрицательным либо равным нулю. Рассмотрим некоторые частные случаи.
1. dQ = O - теплообмен системы с окружающей средой отсутствует. Про-цесс без теплообмена называется адиабатным. Для него уравнение
| (2.12) примет вид | |
| dL = - dU. | (2.13) |
Следовательно, работа расширения, совершаемая системой в адиабатном процессе, равна уменьшению внутренней энергии данной системы. При адиа-батном сжатии рабочего тела затрачиваемая извне работа целиком идет на уве-личение внутренней энергии системы.
2. dL = O - при этом объем тела не изменяется, dV = O (изохорный процесс). Уравнение принимает вид
| dQ = dU, | (2.14) |
т.е. количество теплоты, подведенное к системе при постоянном объеме, равно увеличению внутренней энергии данной системы.
3. dU = O - внутренняя энергия системы не изменяется (изотермический процесс), и
| dQ = dL, | (2.15) |
т.е. сообщаемая системе теплота превращается в эквивалентную ей внешнюю
| работу. | |||
| Для системы, содержащей 1 кг рабочего тела, | |||
| dq = du + dl. | (2.16) | ||
| Проинтегрировав уравнения (2.12) и (2.16), получим выражение первого | |||
| закона термодинамики в интегральной форме: | |||
| Q= | U+L; | q= u + l, | (2.17) |
| где | U=U2-U1, | u = u2 - u1. |
В циклическом процессе при возвращении рабочего тела в исходное со-стояние внутренняя энергия системы также приобретает исходное значение,
U=O, и,следовательно,выражение2.17превращается в равенство
qц= lц,
где qц - представляет собой ту часть горячего источника, которая превращается
в работу цикла, lц. Это теплота, полезно использованная в цикле, она равна раз-ности q1-q2.
Вопросы для самопроверки
1. Дать определение тепловым двигателям, перечислить их.
2. Что такое удельная работа? Удельная теплота?
3. Дать определение термодинамическим параметрам: температура, давление; в чем они измеряются?
4. Что такое теплоемкость, какую теплоемкость различают?
5. Как определяется работа расширения? Чему она эквивалентна в р,v-диаграмме?
5. Сформулируйте первый закон термодинамики. Дайте его математическое выражение и рассмотрите частные случаи.
Лекция 4